节能型真空吸排控制系统的研究与设计

摘要

真空吸排系统由于其显著的节水性能，近年来得到日益广泛的关注和发展，真空吸排系统是通过抽吸空气使排泄管网相对与便盆之间形成负压，从而利用这个压力差形成冲洗力以达到冲洗厕所的目的。目前的真空吸排系统工作时，其真空抽吸的时间是按照实验得到的最大污物量设为固定值，对于高频率的中、少量污物冲洗作业而言，存在着真空消耗量浪费的问题。因此研究并开发一种能根据实际污物量来调节真空开启时间的新型节能真空吸排系统对于降低其耗气量和节约能源具有重要的学术意义和实际的应用价值。
　　在分析了国内外真空吸排控制系统的研究现状基础上，本论文提出了基于污物量调节真空冲洗力的优化控制策略，设计了污物量检测实验装置。本文对检测污物量的核心传感元件电阻应变式称重传感器的称重原理进行了详细的剖析，并指出了温度误差对称重传感器精度的影响及常用的解决方法，然后以本文中所设计的实验装置为例，阐述了电阻应变式称重传感器的测量电路和滤波软件的设计。本文在国家标准《免冲水卫生厕所》(GB/T18092-2000)的框架下进行了详细的实验，并得出污物量与真空冲洗力之间的定量关系。随后本文对真空吸排控制系统进行了需求分析、总体设计及元器件选型，并对本控制系统中最主要的设备中央集中控制器和真空便器控制器进行了详细的软、硬件设计，硬件上本文采用基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103微处理器作为主控制器，并以此为核心设计了它的外围电路如电源电路、485通讯电路、网络接口电路等。软件上本文移植了μ C/OS-Ⅱ实时操作系统，结合LwIP嵌入式TCP/IP协议栈，实现了对本真空吸排控制系统的网络化控制和监控。
　　本文设计的节能型真空吸排控制系统实现了基于污物量调节真空冲洗力的优化控制策略，实现了网络化控制和监控，通过实验测试表明，与现行的真空吸排系统比较，经过真空冲洗力可调式设计之后，本真空吸排控制系统实现了节能降耗达50％以上，显示出了很好的经济效益和发展前景。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文研究背景

1．2 真空吸排器发展现状

1．3 真空吸排系统工作原理

1．4 面临的问题及重点、难点分析

1．5 论文主要工作及章节安排

2 真空吸排控制系统方案设计

2．1 真空吸排控制系统总体结构概述

2．2 真空吸排控制系统各部分功能分析

2．2．1 真空便器控制器功能需求分析

2．2．2 中央集中控制器功能需求分析

2．2．3 摸屏功能需求分析

2．3 本章小结

3 节能型真空吸排控制系统关键技术研究

3．1 污物量检测方案

3．1．1 电阻应变式传感器工作原理

3．1．2 电阻应变式传感器温度误差

3．1．3 电阻应变式传感器的温度误差补偿

3．1．4 电阻应变式传感器的测量电路

3．2 污物重量与冲洗时间关系的实验

3．2．1 实验过程

3．2．2 实验结果与分析

3．3 网络通信功能的设计

3．3．1 LwIP协议栈简介

3．3．2 LwIP协议栈的进程模型

3．3．3 基于μC／OS-Ⅱ操作系统的LwIP协议栈移植

3．4 本章小结

4 真空吸排控制系统硬件设计与实现

4．1 真空便器控制器硬件设计

4．1．1 真空便器控制器总体架构

4．1．2 元器件选型及硬件电路设计

4．2 中央集中控制器硬件设计

4．2．1 中央集中控制器总体架构

4．2．2 中央元器件选型及硬件电路设计

4．3 本章小结

5 真空吸排控制系统软件设计与实现

5．1 软件开发平台概述

5．1．1 RealView MDK开发套件简介

5．2．2 μC／OS-Ⅱ实时操作系统简介

5．2 真空便器控制器软件设计

5．2．1 真空便器控制器软件需求分析和任务划分

5．2．2 真空便器控制器的主函数设计

5．2．3 真空便器控制器的主任务设计

5．2．4 真空便器控制器的AD采集和处理任务设计

5．2．5 真空便器控制器的无线通信任务设计

5．3 中央集中控制器软件设计

5．3．1 变频器控制的软件设计

5．3．2 中央集中控制器与触摸屏通信的软件设计

5．3．3 中央集中控制器网络通信软件设计

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果